三維姿態(tài)測算方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維姿態(tài)測算方法及裝置，方法包括：通過設(shè)置在地下工作裝置上的雙軸傾角傳感器讀取地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值；通過設(shè)置在牽引地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上的編碼器對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值；根據(jù)鋼絲繩的下放長度值以及地下工作裝置分別繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值計(jì)算出地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移。本發(fā)明消除了因地下工作裝置偏離施工中心線時所帶來的測算誤差，并進(jìn)一步的計(jì)算出地下工作裝置沿X軸和Y軸的偏離位移，準(zhǔn)確的獲得基樁工程機(jī)械的地下工作裝置在工作過程中的三維姿態(tài)，以作為地下工作裝置糾偏控制和監(jiān)控系統(tǒng)顯示的重要依據(jù)。
【專利說明】三維姿態(tài)測算方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種基樁工程機(jī)械的地下工作裝置的三維姿態(tài)測算方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雙輪銑槽機(jī)是一種通過鋼絲繩懸吊銑刀架進(jìn)行大深度挖槽工作的工程機(jī)械裝備，主要應(yīng)用于水利工程建設(shè)等施工中。施工時，銑刀架整體沒于深水泥漿中，其三維姿態(tài)與施工質(zhì)量密切相關(guān)，并可作為銑刀架糾偏控制和監(jiān)控顯示的重要依據(jù)，因此準(zhǔn)確獲知銑刀架的三維姿態(tài)是提高雙輪銑槽機(jī)工作性能的關(guān)鍵因素。
[0003]如圖1所示，為現(xiàn)有的雙輪銑槽機(jī)的外形示意圖。其中鋼絲繩Al連接銑刀架A2的上端，在銑刀架A2的下端設(shè)有多個銑輪A3。其中，用于描述銑刀架的三維姿態(tài)的參數(shù)包括沿X、Y、Z軸方向的位移，以及繞X、Y、Z軸方向的偏轉(zhuǎn)角度。其中銑刀架的繞X、Y軸偏轉(zhuǎn)角度是相對于垂直中心線的絕對角度，也是相對于施工中心線的角度，繞Z軸偏轉(zhuǎn)角度是相對于銑刀架自身的角度；銑刀架在X軸和Y軸的偏離位移是相對于施工中心線的偏離位移。
[0004]對于現(xiàn)有技術(shù)，僅能測量沿Z軸方向的位移，以及繞X、Y軸方向的偏轉(zhuǎn)角度，具體測量方法如下:
[0005](I)沿Z軸方向的位移，在提升卷揚(yáng)上安裝編碼器，以測量卷揚(yáng)滾筒圈數(shù)和角度，轉(zhuǎn)換成鋼絲繩的下放長度，將其作為沿Z軸方向的位移，即銑刀架的下放深度；
[0006](2)繞X、Y軸方向的偏轉(zhuǎn)角度，在銑刀架上安裝雙軸傾角傳感器，其輸出值即為相應(yīng)偏轉(zhuǎn)角度值。
[0007]如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷，使得其無法測得銑刀架工作的三維姿態(tài):
[0008](I)無法測得銑刀架沿X、Y軸方向的位移，即偏離施工中心線的距離；
[0009](2)無法測得繞Z軸方向的偏轉(zhuǎn)角度，因?yàn)殂姷都芘c雙輪銑上車采用鋼絲繩連接，這種柔性連接方式，增大了其測量難度，由于測得沿Z軸方向的位移不準(zhǔn)確，直接將鋼絲繩的下放長度作為銑刀架沿Z軸方向的位移，但是銑刀架工作中會出現(xiàn)偏離施工中心線的情況，這時鋼絲繩會與施工中心線產(chǎn)生一定偏角，而不是重合，所以造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提出一種三維姿態(tài)測算方法及裝置，能夠準(zhǔn)確獲得基樁工程機(jī)械的地下工作裝置在工作過程中的三維姿態(tài)，以作為地下工作裝置糾偏控制和監(jiān)控系統(tǒng)顯示的重要依據(jù)。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三維姿態(tài)測算方法，包括:
[0012]通過設(shè)置在地下工作裝置上的雙軸傾角傳感器讀取所述地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值；
[0013]通過設(shè)置在牽引所述地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上的編碼器對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值；
[0014]根據(jù)所述鋼絲繩的下放長度值以及所述地下工作裝置分別繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值計(jì)算出所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移。
[0015]進(jìn)一步的，所述編碼器為多圈絕對式編碼器，所述通過設(shè)置在牽引所述地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上的編碼器對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值的操作具體為:通過所述多圈絕對式編碼器讀取所述提升卷揚(yáng)的卷揚(yáng)滾筒的累計(jì)角度值，對所述累計(jì)角度值轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值L。。
[0016]進(jìn)一步的，還包括所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值的測算步驟，具體為:通過設(shè)置在所述地下工作裝置上的陀螺儀獲取所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ，并根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ。
[0017]進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θ ζ的操作具體為:通過對所述偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ進(jìn)行時間t上的積分，計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ，計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種三維姿態(tài)測算方法，包括: 通過設(shè)置在地下工作裝置上的雙軸傾角傳感器讀取所述地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值； 通過設(shè)置在牽引所述地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上的編碼器對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值； 根據(jù)所述鋼絲繩的下放長度值以及所述地下工作裝置分別繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值計(jì)算出所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維姿態(tài)測算方法，其中所述編碼器為多圈絕對式編碼器，所述通過設(shè)置在牽引所述地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上的編碼器對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值的操作具體為:通過所述多圈絕對式編碼器讀取所述提升卷揚(yáng)的卷揚(yáng)滾筒的累計(jì)角度值，對所述累計(jì)角度值轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值Lc。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維姿態(tài)測算方法，其中還包括所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值的測算步驟，具體為:通過設(shè)置在所述地下工作裝置上的陀螺儀獲取所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ，并根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維姿態(tài)測算方法，其中所述根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)角速度值0^計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ的操作具體為:通過對所述偏轉(zhuǎn)角速度值?2進(jìn)行時間t上的積分，計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ，計(jì)算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維姿態(tài)測算方法，其中所述根據(jù)所述鋼絲繩的下放長度值以及所述地下工作裝置分別繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值計(jì)算出所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移的操作具體包括: 根據(jù)所述地下工作裝置的實(shí)際工作情況分別計(jì)算不同工作情況下所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移； 對不同工作情況下的所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移進(jìn)行累加，得到所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的總偏離位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維姿態(tài)測算方法，其中如果所述雙軸傾角傳感器測出的所述地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值均為O，判斷所述地下工作裝置處于垂直工作軌跡的工作狀況，則所述地下工作裝置沿Z軸方向的偏離位移Lz=鋼絲繩的下放長度值Lc，沿X軸和Y軸方向的偏離位移Lx和Ly均為O ; 如果所述雙軸傾角傳感器測出的所述地下工作裝置繞X軸的偏轉(zhuǎn)角度值Θ x和繞Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值Θ Y至少有一個偏轉(zhuǎn)角度值大于O，且處于未啟動糾偏裝置的工作狀態(tài)，則
Lz=Lc.cos θ x 或 Lz=Lc.cos θ ；
Lx=Lc.sin θ x 或 Ly=Lc.sin θ ； 如果所述雙軸傾角傳感器測出的所述地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值至少有一個偏轉(zhuǎn)角度值大于0，且處于已啟動糾偏裝置的工作狀態(tài)，則
7.—種三維姿態(tài)測算裝置，包括: 雙軸傾角傳感器，設(shè)置在地下工作裝置上，用于讀取所述地下工作裝置繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值； 編碼器，設(shè)置在牽引所述地下工作裝置的鋼絲繩的提升卷揚(yáng)上，用于對卷揚(yáng)滾筒的轉(zhuǎn)動進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值； 控制器，分別與所述雙軸傾角傳感器和編碼器連接，根據(jù)所述鋼絲繩的下放長度值以及所述地下工作裝置分別繞X軸和Y軸的偏轉(zhuǎn)角度值計(jì)算出所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維姿態(tài)測算裝置，其中所述編碼器為多圈絕對式編碼器，用于讀取所述提升卷揚(yáng)的卷揚(yáng)滾筒的累計(jì)角度值，并對所述累計(jì)角度值轉(zhuǎn)換得到鋼絲繩的下放長度值L。。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的三維姿態(tài)測算裝置，其中還包括: 陀螺儀，設(shè)置在所述地下工作裝置上，并連接所述控制器，用于獲取所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ，以便所述控制器根據(jù)所述偏轉(zhuǎn)角速度值ωζ計(jì)算出所述地下工作裝置繞Z軸的偏轉(zhuǎn)角度值θζ。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的三維姿態(tài)測算裝置，其中所述控制器包括: 偏離位移分算單元，用于根據(jù)所述地下工作裝置的實(shí)際工作情況分別計(jì)算不同工作情況下所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移； 偏離位移總算單元，用于對不同工作情況下的所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的偏離位移進(jìn)行累加，得到所述地下工作裝置分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的總偏離位移。
【文檔編號】G01B21/02GK103837115SQ201410074723
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】左帥, 任良才, 溫讀夫 申請人:徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司